Un nouveau matériau artificiel imite des composés de terres rares enchevêtrés quantiques


Un nouveau matériau artificiel imite des composés de terres rares enchevêtrés quantiques

Les physiciens ont créé un nouveau ultra-mince à deux couches avec des propriétés qui nécessitent normalement des composés de rares. Crédit photo : Heikka Valja

Les physiciens ont développé un nouveau matériau ultra-mince à deux couches avec des propriétés quantiques qui nécessitent normalement des composés de terres rares. Ce matériau relativement facile à fabriquer, qui ne contient pas de métaux des terres rares, pourrait offrir une nouvelle plate-forme pour l’informatique quantique et faire avancer la recherche sur la supraconductivité non conventionnelle et la criticité quantique.

Les chercheurs ont montré qu’à partir de matériaux apparemment ordinaires, un état quantique radicalement nouveau de la peut apparaître. La découverte est née de leurs efforts pour créer un fluide de spin quantique qu’ils pourraient utiliser pour étudier les phénomènes quantiques émergents tels que la théorie de jauge. Une seule couche de disulfure de tantale atomiquement mince est produite, mais des îlots sont également créés qui se composent de deux couches.

Lorsque l’équipe a examiné ces îles, elle a découvert que les interactions entre les deux couches induisaient un phénomène appelé effet Kondo, qui résultait en un état macroscopiquement enchevêtré de la matière qui créait un système de fermions lourds.

L’effet Kondo est une interaction entre les impuretés magnétiques et les électrons qui fait que la résistance électrique d’un matériau change avec la température. Cela amène les électrons à se comporter comme s’ils avaient plus de masse, ce qui conduit à ce que ces composés soient appelés matériaux de fermions lourds. Ce phénomène est caractéristique des matériaux contenant des terres rares.

Les matériaux à fermions lourds sont importants dans plusieurs domaines de la physique de pointe, y compris l’étude des matériaux quantiques. « L’étude des matériaux quantiques complexes est entravée par les propriétés des composés naturels. Notre objectif est de produire des matériaux de conception artificiels qui peuvent être facilement ajustés et contrôlés de l’extérieur afin d’élargir le spectre des phénomènes exotiques pouvant être réalisés en laboratoire », explique le professeur Peter Liljeroth.

Les matériaux à fermions lourds pourraient agir comme des supraconducteurs topologiques, par exemple, ce qui pourrait être utile pour construire des qubits plus robustes au bruit et aux interférences de l’environnement et réduire les taux d’erreur dans les ordinateurs quantiques. « Réaliser cela dans la vraie vie bénéficierait énormément d’un système de matériaux Fermion lourd qui peut être facilement intégré dans des appareils électriques et réglé de manière externe », explique Viliam Vaňo, doctorant dans le groupe de Liljeroth et auteur principal du travail.

Bien que les deux couches du nouveau matériau soient constituées de sulfure de tantale, il existe des différences subtiles mais importantes dans leurs propriétés. Une couche se comporte comme un métal qui conduit les électrons, tandis que l’autre couche a un changement structurel qui fait que les électrons sont localisés dans un réseau régulier. La combinaison des deux conduit à l’apparition d’une physique sévère des fermions, qu’aucune des couches n’a seule.

Ce nouveau matériau de fermions lourds fournit également un outil puissant pour étudier la criticité quantique. « Le matériau peut atteindre un point critique quantique lorsqu’il commence à passer d’un état quantique collectif à un autre, par exemple d’un aimant régulier à un matériau de fermion lourd enchevêtré », explique le professeur Jose Lado. « Entre ces états, l’ensemble du système est critique, réagit fortement au moindre changement et offre une plate-forme idéale pour développer une matière quantique encore plus exotique. »

« À l’avenir, nous étudierons comment le système réagit à la rotation des feuilles individuelles les unes par rapport aux autres et essaierons de modifier le couplage entre les couches afin d’adapter le matériau au comportement quantique critique », explique Liljeroth.







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Plus d’information:
Peter Liljeroth, Fermions lourds artificiels dans une hétérostructure de Van der Waals, la nature (2021). DOI : 10.1038 / s41586-021-04021-0. www.nature.com/articles/s41586-021-04021-0

Fourni par l’Université Aalto

Citation: Un nouveau matériau imitant des composés de terres rares enchevêtrés quantiques (2021, 24 novembre), consulté le 25 novembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-11-artificial-material-mimics-quantum-entangled-rare .html

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